應用多目標規劃法於低碳運輸計畫之預算分配

國立交通大學

交通運輸研究所

碩士論文

應用多目標規劃法於低碳運輸計畫之預算分配

A Multi-Objective Programming Approach for Budget

Allocation of Low Carbon Transportation Projects

研

究

生 ： 劉庭豪

指 導 教 授 ： 馮正民 博士

陳正杰 博士

應用多目標規劃法於低碳運輸計畫之預算分配

A Multi-Objective Programming Approach for Budget

Allocation of Low Carbon Transportation Projects

研究生

： 劉庭豪

Student：

： Ting-Hau Liou

指導教授 ： 馮正民

陳正杰

Advisor：

： Dr. Cheng-Min Feng

Dr. Cheng-Chieh Chen

國 立 交 通 大 學

交通運輸研究所

碩 士 論 文

A Thesis

Submitted to Institute of Traffic and Transportation

College of Management

National Chiao Tung University

in partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of

Master

in

Traffic and Transportation

June 2012

Taipei, Taiwan, Republic of China

i

應用多目標規劃法於低碳運輸計畫之預算分配

研究生：劉庭豪 指導教授： 馮正民 博士

陳正杰 博士

國立交通大學交通運輸研究所碩士班

摘 要

運輸部門的溫室氣體排放量為全球產業最大宗排放源之一。為因應國際碳排 放減量趨勢，我國環保署要求各縣市提出低碳運輸計畫並加以評選，作為年度預 算規劃之參考依據。以往決策者在公共建設規劃時多採用質性評選方式來決定預 算分配比例，較缺乏客觀的量化因素。本研究建構一多目標數學規劃模式，以追 求低碳運輸策略效益最大與減少區域間預算分配差距，同時導入「計畫可調整性」 及「最低可執行預算規模比例」等因素，進行低碳運輸計畫預算分配。 模式建構階段則藉由典型背包問題 (0-1 Knapsack Problem) 發展整數規劃 (IP)、加入預算可調整性因素之混合整數規劃 (MIP) 以及本研究構建之多目標混 合整數非線性規劃 (MOMINLP) 來說明三種模式之分配情形。利用敏感度分析 探討對模式有影響之相關參數，以及透過多目標間權衡分析探討不同權重目標對 於分配結果之影響。並依據實例分析驗證模式之可行性。 歸納分配結果可以得知，總預算額度偏低時，模式傾向將預算優先分配予減 碳能力較佳之區域；當預算額度較為充足時，本研究發展之公平性目標式會有助 於減少區域間預算配給之差異。由於分配結果會隨著權重目標調整而改變，本研 究針對不同權重組合進行最佳化分析，可作為決策者未來執行模式之參考依據。 關鍵字：低碳運輸計畫、預算分配、分配公平性、多目標規劃

ii

A Multi-Objective Programming Approach for Budget

Allocation of Low Carbon Transportation Projects

Student：Ting-Hau Liou Advisor： Dr. Cheng-Min Feng

Dr. Cheng-Chieh Chen

Institute of Traffic and Transportation

National Chiao Tung University

Abstract

Reducing greenhouse gas emissions is one major issue and challenge in transportation sections. To achieve this mission, various administrative divisions under the central government were asked to propose some low-carbon transport projects for annual budget planning and allocation.

Instead of arbitrarily evaluating the performance of those projects, this paper contributes a method for quantifying and jointly optimizing the results of project selections and budget allocations, while also considering the proportion and minimum required amount of each proposed budget. A basic model (Model 1) adapted from the typical 0-1 knapsack problem, an extended mixed integer programming model (Model 2), and a multi-objective mixed integer nonlinear programming model (Model 3) are developed in this study.

Models 1 and 2 are maximizing the total reduction of emissions based on selected projects and approved budget. Model 3 is further pursuing the equality issue by minimizing the variance of allocation results among administrative divisions. Through a series of numerical examples and sensitivity analysis, the models demonstrate their ability to maximize emissions reduction through budget allocating decisions. Different weight combinations between two objective functions are also examined.

Keywords： Low-Carbon Transportation, Budget Allocation, Equity,

iii

誌 謝

時光飛逝，即將揮別短暫的兩年，以及這充滿種種回憶的北交校區。回首碩 士求學生涯，歷歷在目。雖書萬篇字，也難以對曾經幫助我的人表達心中無限的 感激。 感謝我的指導教授馮正民老師，承蒙您兩年來的諄諄教誨，雖然您有許多要 事要忙，但仍無微不至的關心我們的論文進度以及生活近況。在研究的過程中一 路扶持著我們，不僅僅在學問上的收穫，更為我的處事價值觀念上了寶貴的一課， 再來，也非常感謝另一位指導教授陳正杰老師，在與您討論的過程中非常的快樂， 您總是不厭其煩的解答我的疑問、更循循善誘地引導我找出問題的答案，不只教 導我學問上的知識，更重要的是對處理事情的態度以及生活上的經驗分享。正所 謂賢師良友在其側，於此種種都是我未來非常珍貴的寶藏。 感謝在研討過程中，邱裕鈞老師、汪進財老師給予許多重要建議以及導正我 研究的方向，使得我的內容更臻完善。在口試期間，承蒙張宗勝教授與林楨家教 授細心的審查，不僅提供許多寶貴的問題與建議，更指點我強化論文的內容，使 之更加的完整與詳細。 感謝不時與我討論、提供我意見的志偉學長。還有跟我一起奮鬥的同學們， 馮家班的鈞暐、家欣、禮卉、維薇、亞璇以及韋丞，我以身為馮家班為榮。室友 佳億以及德坤，為我生活添加許多歡笑。總是準時出現在一樓研究室的昶律、韋 穎、怡潔、重光、世曦、彥廷等等共患難的好夥伴，要感謝的人太多，還請原諒 我無法一一備載，你們都是我堅持下去的動力。 最後要感謝的，是我的家人們。謝謝媽媽總是在我壓力緊繃時與我一同分擔， 謝謝爸爸與我分享許多待人處事的經驗，謝謝弟弟在我情緒低潮的時候陪我歡笑， 陪伴我度過許多難關。有你們的陪伴，在未來的日子我也能勇敢向前。 劉庭豪 謹誌於 國立交通大學交通運輸研究所 中華民國一一年六月

iv

目 錄

中文摘要 ... i 英文摘要 ... ii 誌 謝 ... iii 目 錄 ... iv 圖 目 錄 ... v 表 目 錄 ... vi 一、緒論 ... 1 1.1 研究動機與背景 ... 1 1.2 研究目的 ... 3 1.3 研究範圍與對象 ... 4 1.4 研究流程 ... 5 二、文獻回顧 ... 7 2.1 運輸相關碳排放減量之計畫 ... 7 2.2 公共建設計畫資源分配 ... 20 2.3 多目標規劃 ... 22 2.4 文獻評析 ... 32 三、研究方法 ... 33 3.1 研究架構 ... 33 3.2 研究課題 ... 35 3.3 模式建構 ... 38 四、範例分析 ... 51 4.1 範例情境設計 ... 51 4.2 範例參數設定 ... 53 4.3 範例結果 ... 56 4.4 敏感度分析 ... 67 4.5 目標權衡分析 ... 75 4.6 範例結果彙整 ... 77 五、實例分析 ... 78 5.1 實例結果 ... 78 5.2 政策意涵與討論 ... 82 六、結論與建議 ... 84 6.1 結論 ... 84 6.2 建議 ... 86 參考文獻 ... 87

v

圖目錄

圖 1-1 1970 至 2005 年全球溫室氣體排放統計 ... 1 圖 1-2 全球各部門溫室氣體二氧化碳排放量 ... 1 圖 1-3 研究範圍 ... 5 圖 1-4 研究流程圖 ... 6 圖 2-1 非劣解集合與效用函數 U ... 24 圖 3-1 研究架構 ... 34 圖 3-2 分配決策架構圖 ... 37 圖 3-3 模式執行架構圖 ... 38 圖 4-1 範例結構圖 ... 51 圖 4-2 總預算 280 百萬元預算分配結果 ... 63 圖 4-3 總預算 400 百萬元預算分配結果 ... 64 圖 4-4 總預算 520 百萬元預算分配結果 ... 65 圖 4-5 總預算水準對總減碳效益敏感度分析折線圖 ... 67 圖 4-6 總預算水準對各區域減碳效益敏感度分析折線圖 ... 68 圖 4-7 總預算水準對公平性敏感度分析折線圖 ... 69 圖 4-8 最低可執行預算比例對總效益之敏感度分析折線圖 ... 71 圖 4-9 最低可執行預算比例對公平性之敏感度分析折線圖 ... 71 圖 4-10 最低可執行預算比例對區域 1 內計畫之敏感度分析折線圖 ... 72 圖 4-11 最低可執行預算比例對區域 2 內計畫之敏感度分析折線圖 ... 73 圖 4-12 最低可執行預算比例對區域 3 內計畫之敏感度分析折線圖 ... 74 圖 4-13 雙目標權重比例對減碳效益影響之折線圖 ... 75 圖 4-14 雙目標權重比例對區域配給比例影響之折線圖 ... 76

vi

表目錄

表 2-1 OECD 成員國各運具模式之能源消耗量(括號內為年成長率) ... 7 表 2-2 運輸相關減碳計畫 ... 10 表 2-3 國外主要城市運輸部門溫室氣體減量目標與節能減碳措施 ... 13 表 2-4 國內運輸部門溫室氣體減量目標與節能減碳措施 ... 15 表 2-5 國內各縣市運輸部門之低碳計畫 ... 17 表 2-6 資源分配相關文獻彙整 ... 21 表 2-7 多目標規劃求解法分類 ... 28 表 2-8 多目標規劃法文獻彙整 ... 30 表 3-1 模式集合符號說明 ... 40 表 3-2 模式參數說明 ... 41 表 3-3 模式決策變數說明 ... 41 表 4-1 範例集合符號說明 ... 52 表 4-2 範例模式環境參數說明 ... 53 表 4-3 範例模式：非連續型計畫 j 執行所需成本 𝐶_𝑖𝑗𝑘 ... 53 表 4-4 範例模式：連續型計畫 j′ _{執行所需成本 𝐶} 𝑖𝑗𝑘′ ... 53 表 4-5 範例模式：非連續型計畫 j 每單位投入增額之比例 𝑑_𝑖𝑗𝑘 ... 54 表 4-6 範例模式：非連續型計畫 j 所產生之減碳量/減碳效益 𝐸_𝑖𝑗𝑘 ... 54 表 4-7 範例模式：連續型計畫 j′_{所產生之減碳量/減碳效益 𝐸} 𝑖𝑗𝑘′ ... 54 表 4-8 範例模式：非連續型計畫 j 最低可執行預算比例 𝐿𝑘_𝑖𝑗 ... 54 表 4-9 範例模式：連續型計畫 j′_{最低可執行預算比例 𝐿} 𝑖𝑗′ 𝑘 _{... 55} 表 4-10 總預算 280 百萬元第一模式結果 ... 56 表 4-11 總預算 280 百萬元第二模式結果 ... 57 表 4-12 總預算 280 百萬元第三模式結果 ... 57

vii 表 4-13 總預算 400 百萬元第一模式結果 ... 58 表 4-14 總預算 400 百萬元第二模式結果 ... 59 表 4-15 總預算 400 百萬元第三模式結果 ... 59 表 4-16 總預算 520 百萬元第一模式結果 ... 60 表 4-17 總預算 520 百萬元第二模式結果 ... 61 表 4-18 總預算 520 百萬元第三模式結果 ... 61 表 4-19 四種預算情境範例結果彙整 ... 62 表 4-20 最低可執行預算比例之敏感度分析結果 ... 70 表 5-1 實例分配結果 ... 80

1

一、緒論

1.1 研究動機與背景

運輸為衍生性需求，文明演進勢必帶動運輸需求量的增加。根據國際能源總 署 (IEA) 研究報告指出，全球溫室氣體在 1970-2005 年間共增加 61% ，如圖 1-1 所示。2005 年全球大約排放 45.4 十億噸的溫室氣體，而其中 59%就來自於石化 燃料 (Fossil Fuel) 的使用 (IEA，2009)。

圖 1-1 1970 至 2005 年全球溫室氣體排放統計 (IEA，2009)

2 如圖 1-2 所示，全球運輸部門的 CO2 排放量占全球產業石化燃料總排放量 23%，而自 1990 到 2007 年間，運輸部門的 CO2 排放量約增加了 45%，其中最 大的排放源為公路運輸部門，而成長率最高的則是航運與空運部門 (IEA，2009)。 Lee Chapman (2007)指出運輸部門 95%之活動必須依賴石化燃料，而石化燃料也 是造成大量溫室氣體排放的元凶，同時，運輸部門在全球排碳量貢獻不小，顯示 在交通運輸帶給人們便利的同時，運輸系統排放的大量溫室氣體對環境的衝擊不 僅對人類健康造成威脅，更導致全球氣候的暖化與異變。 面對全球暖化之問題，我國環保署於「低碳示範城市建構對象」會議中要求 各縣市針對低碳運輸提出計畫後加以評選，並編列年度預算投入其最終評選之計 畫。但根據各縣市政府提出之低碳計畫中，並未明示計畫的目標、成本和效益， 其低碳運輸計畫大多由行政機關決策者依經驗、感覺制定，甚少嚴謹考量計畫之 成本及實行之成效、缺乏以科學的方法作一系統性的分析、比較與評估，再加上 只為爭取財源而寬列預算，造成會議中委員審核預算、計畫之過程有所困擾，計 畫執行效率也不明朗。 就目前我國決策環境，評選計畫項目方式以各縣市單位提出計畫，再交由委 員在各項目中統一評選。亦即在有限的預算下，評選各低碳計畫，同時考慮城鄉 差距，顧及資源分配之公平性。 而以往傳統的公共建設計畫之評選模式中，皆僅探討計畫之組合或是預算分 配最佳化，並未同時考量具有雙方優勢之模式。因此本研究將以國內之低碳運輸 計畫為基礎項目，發展多目標計畫評選及預算分配規劃模式，評選各區域之低碳 計畫，以達到減碳效益的最大化，同時平均分配其資源予各單位。藉此達到減碳 目的，實行永續運輸。

3

1.2 研究目的

我國環保署在其低碳示範城市建構對象會議中，要求各縣市單位提出其欲推 動之低碳運輸計畫。儘管各縣市政府並未明確提出其計畫推動成本及減碳效益， 但已邁出相當重要之一大步。面對全球大國紛紛以行動響應減碳計畫，以及對全 球暖化及能源短缺議題之重視，有效地管制二氧化碳排放量以及利用有限資源達 到最大效益的目標下，如何審慎分配其有限之預算來達成目標為其重要的議題。 因此針對上述問題，本研究首先將整理回顧各國低碳計畫與我國現行各縣市 單位提出之低碳運輸計畫為研究基礎項目，輔以環保署「低碳城市建構計畫」之 資料，評估各計畫之成本及效益，而後再將其參數利用多目標規劃，分析如何追 求達到減碳效益最大化的同時，顧及分配之公平性之預算分配模式。 具體而言，本研究的主要目的在於藉由建構成本效率、環境保護、執行效益 以及公平性之多目標規劃模型，來達到以下目的： 1. 在現行我國各單位提出之低碳運輸計畫項目與減量目標，以及不同決策 目標下對模式之影響。 2. 建立多目標規劃模式來達到低碳運輸計畫效益最大、分配之公平性，以 供未來決策者參考。並考慮計畫可調整性與最低可執行預算比例之要素， 以增加模式之真實度。 3. 藉由範例分析、實例以及相關分析以驗證模式之可行性。

4

1.3 研究範圍與對象

本研究將所欲探討的範圍分為空間範圍、時間範圍以及研究對象，分別敘述 如下： 1. 時間範圍： 為配合環保署「低碳示範城市建構對象」之預算編列計劃期程，主要以 評選各縣市單位之計畫時程為主 (預估至民國 104 年) 。 2. 空間範圍： 本研究之空間範圍定義為縣市都會區為範圍劃分，僅探討各縣市代表所 提出之「低碳運輸」計畫方面之預算分配。 3. 研究對象： 本研究嘗試以量化低碳計畫之成本效益概念，並將其參數導入於計畫評 選之預算分配模式中，而此預算分配模式將依循目前我國環保署低碳示範城 市建構對象計畫評選之決策環境，如圖 1-3 所示。以多目標規劃為基礎，由 中央配給預算，因考量到地區的城鄉差距，需一方面達到減碳效益最大化， 一方面顧及區域分配公平性。以期藉由此模式之建構來輔助往後公共計畫評 選程序之效率與評估準則。 而本研究所探討之範疇僅限於低碳示範城市建構計畫中《低碳運輸計畫》之 部分。中央機關於初次全國遴選向各縣市區域募集低碳運輸計畫，而各計畫性質 因地域特性差異而不盡相同，最後再經由中央決策者做最後的預算分配執行權。

5 預算投入 環保署：預算決定權 低碳示範城市建構計畫 《低碳都市 規劃》 《低碳生活 計畫》 《低碳運輸計畫》 各區域地方政府 低碳運輸計畫 《其他》 圖 1-3 研究範圍

1.4 研究流程

本研究流程步驟進行如下： 1. 依據世界低碳潮流之趨勢，提出研究的動機、目的。 2. 文獻回顧及其分析：針對研究相關背景、國內外因應溫室氣體減量壓力 下所提出之低碳運輸計畫，以及各國永續運輸、二氧化碳排放減量計畫 書，針對低碳運輸計畫成本效益評估，並結合預算分配與多目標規劃方 法，進行整理與分類，藉此整合提出相關議題的背景與理論基礎作為本 研究之依據。 3. 建構多目標規劃模型，並對於計畫之評估方式作定義與分析。 4. 進行模式操作與相關之影響分析。 5. 提出結論與建議並探討，與建議未來研究方向。 本研究流程如圖 1-4 所示：

6 圖 1-4 研究流程圖 文獻回顧 公共建設之資源分配  國內外計畫比較分析  低碳城市建構計畫 預算分配 碳排放減量計畫 多目標規畫法文獻  了解現行我國低碳運輸計畫項目與減量目標。  建立多目標規劃模式來執行預算分配。以供未 來決策者參考。  對象：我國低碳運輸計畫項目。  時間：配合計畫期程。  空間：我國各縣市。 研究目的及範圍 相關應用及求解法 研究方法 多目標模式建構  減碳效益最大  區域差距最小 目標  預算限制  計畫最低可執行比例 限制 模式操作分析及相關分析 結論與建議 文獻回顧

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二、文獻回顧

在本章節中，首先針對本研究所欲探討之議題背景進行回顧與資料整理。本 章的安排如下：第一節主要探討在溫室氣體排放量減量的壓力下，世界各國及我 國政府提出之主要低碳運輸計畫構想，並分析運輸部門在政策上對於溫室氣體排 放之影響等課題以及相關文獻之回顧，以作為本研究研擬所需評估之低碳運輸計 畫之基礎架構；而後，第二節則是對公共建設計畫之資源分配做相關回顧；第三 節則是對於多目標規劃模型相關文獻的回顧，以及藉由文獻整理方式，來瞭解及 定義各政策之評估方式，以作為模式參數之基礎。

2.1 運輸相關碳排放減量之計畫

現今所有世界各國的運輸部門也正在積極擴張，因為運輸產業污染嚴重之故， 所以也被列為京都議定書的碳減排重點之部分，如表 2-1（Lenzen 等，2003）我 們可以看出在美國以及經濟合作暨發展組織國家（OECD）能源消耗量都有明顯 的成長，這也代表著汙染排放的增加。事實上，京都議定書中已經提出幾項概略 性的計畫，然而各國並非只採用其概括性的大目標計畫，國際上主要國家為因應 公約之減排規定，大多數對於碳排放減量措施多自行提出具體減量計畫。 表 2-1 OECD 成員國各運具模式之能源消耗量(括號內為年成長率) 能源消耗量 (%) 運具模式 北美區 歐洲區 太平洋區 旅客 運輸 業 Cars 57 (+1.4) 54 (+1.7) 57 (+1.2) Buses 1 (+1.5) 3 (+1.3) 1 (+0.8) Railways 1 (+0.4) 1 (+1.0) 3 (+0.9) Aviation 8 (+2.3) 8 (+4.5) 5 (+3.3) 貨運 業 Trucks 24 (+2.0) 30 (+2.2) 25 (+1.9) Railways 7 (+1.6) 3 (+0.1) 3 (+1.8) Shipping 2 (-0.7) 1 (+0.1) 5 (+0.2) 資料來源：Lenzen 等，2003

8 Lee Chapman (2007) 在其研究指出現今運輸部門全球二氧化碳排放量以私 人、貨運汽車以及航空產業為貢獻溫室氣體最大宗，因此針對運輸部門，主要應 從這三方面來執行實質的碳排放減量行動。另外，新興技術的發展如替代性運輸 燃料，藉以紓緩運輸事業對於石油的依賴。石油是主要的燃料來源，交通運輸部 門與公路運輸佔總能源使用量的 81%（WBCSD，2001）。而溫室氣體主要來源 即為化石燃料，上從製造車輛下至運輸排放，76%的化石燃料使用量有 9%是來 自車輛的製造過程、15%來自車輛排放和引擎無效率的耗損量（Potter，2003）。

國際運輸論壇 (International Transport Forum, ITF) 於 2009 年有關運輸部門 溫室氣體排放的報告中指出，運輸部門的溫室氣體排放量大，約占總體排放量的 13%，而且仍持續顯著地成長，因此擬定減排政策為時勢所趨。其次，Lee Chapman (2007)也提到運輸工具所使用的能源有 95%倚賴的石化燃料，所以必須提高能源 使用效率並發展替代能源；第三，運輸部門應積極發展低碳運輸的相關措施，包 括提升運具效率標準、制訂低碳燃油標準、以及其他創新的措施。(Lee Chapman， 2007；ITF，2009)。為了使運輸造成之汙染降低，許多研究也提出解決方案，例 如藉由提出替代的運輸模式、改善運輸相關技術、利用相關政策感變使用者的習 慣或是其他低碳計畫等。都是目前解決問題的手段之一。 在替代運輸方面等議題，公共運輸提供了良好的替代選擇，其單位運量所消 耗之能源以及碳排放量較低，更好的能源使用效率和環保 (Li and Li，2010)，如 鐵路以及軌道運輸系統。不過由於軌道運輸系統可及性較低，必須提供完整之轉 乘接駁系統配套措施來加強其及門服務水準。其單位運量消耗雖然較低，較符合 環保政策，但也因為可及性等因素造成不易吸引旅次轉移，營運維持較需要依賴 政府補助（Potter，2003）。而近年來新興之輕軌運輸等電動列車系統也是另一種 選擇。例如世界各國都市積極發展的輕軌計劃。雖然基礎建設的成本不容小覷， 但相對地其使用的是如核能或可再生能源等非化石燃料，也能達到減量效果。 除了軌道運輸外，公車也是一種替代的運輸模式。與軌道運輸系統不同的是， 其可及性較高，可以依照都市內各地區逐年改變的需求而調整，簡而言之營運彈 性較高，同時基礎設施（如公車站牌）成本也較低。例如歐美地區盛行的雙層巴 士（IEA，2002）。雖然依照目前的燃料技術公車仍然不算完全「零碳」的運輸 方式。但其乘載率一但超過三人，則每延人公里二氧化碳排放量都遠低於私人運 具（Stanley and Watkiss，2003）。公車是目前最為可行的減碳運輸模式，也是許 多城市公共運輸的基礎，因此決策者可以透過公車專用道之設置、公車優先號誌 等以及更密集的路網等拉力以鼓勵私人旅次轉移至公共運輸，一方面配合推力如 新加坡和倫敦徵收擁擠稅以增加搭乘公共運輸以達到減碳效果（Beevers and Carslaw，2005）。

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人口規模較大的城市，公共運輸的效率較高。Li and Li (2010) 指出日本大 大都市區人口雖佔整個日本的 50%，其碳排放量只展總額的 42％。同樣的，公 共運輸系統的推行對於人口稠密的歐洲較容易受到民眾的支持，進而達到減少交 通擁擠及低碳的目的。反觀美國由於幅員廣闊以及燃油成本的低廉，私人運具使 用率仍居高不下（Greene and Wegener，1997）。因地緣特性的不同，各國公共運 輸發展情形也不相同。以此觀點來看，尋求替代燃料及相關技術方面之減碳計畫 也逐漸受到國際的重視，但新技術的開發如替代燃料等計畫往往伴隨著高額的成 本，若無政府補助，民眾通常不容易接受。而且最近的研究也強調，許多替代燃 料也只能提供輕微的二氧化碳減排效果，技術進步如果無伴隨著相關配套政策來 改變大眾運具選擇行為，減碳效果其實並不大（Schipper and Fulton，2003）。因 此在燃油新技術尚未完全成熟而目前較為可行的方案為推廣使用低排放的車輛 如電動機車，或是目前的低碳燃料如天然氣(Sperling，2003)。 轉移私人旅次至公共運輸模式例如鐵路運輸和公車系統，是相當有效的解決 方案，（Waterson 等人，2003）。目前各國也積極地從改變運具選擇行為方面著手。 轉移旅次的政策手段，目的是冀望能藉由鼓勵來將私人旅次轉移到其他公眾交通 工具，但現實中除非大量投資具吸引力的替代運輸模式，鼓勵手段通常較無顯著 效率。相反的，藉由抑制私人運具政策較具有顯著的效果，如提高停車收費標準、 燃油稅的徵收等間接稅收。抑或是藉由結合私人運具上使用的 GPS 系統來實行 里程計費。（Mitchell，2005；Anable and Boardman，2005）。在新加坡和倫敦， 則是實施在交通擠塞的鬧區或是中心收取擁擠稅，使交通擁堵減少 40%和 30%。 但是，市民對時稅收政策的接受程度低，同時也牽涉到社會公平的議題，因此間 接稅收政策之執行需要謹慎考慮。另一方面，決策者也可以藉由車道數的降低、 限制高乘載車輛、鼓勵共乘行為等較為溫和的運輸政策，藉此增強替代運輸模式 的吸引力（Cairns 等人，2004；Beevers and Carslaw，2005）。

如日本的無車宣導、改善步行品質以及縮短生活圈距離等推廣步行及自行車 的使用 (Li and Li，2010)。引進並提倡環保車輛以及自行車等低汙染交通工具， 也能有效地節省能源、減少環境的污染 (Liu and Chen，2011)。另外，決策者可 藉由減少道路的空間、增設行人專用道來改善步行以及自行車旅次的品質，配合 密集的公共運輸路網來達到轉移私人車輛的旅次以及環保減排的目的（DFT, 2006）。

10 另外，近年來的研究除了在實質面上的研究外，許多學者們也朝著「管理」 領域方面著手。如 Li 和 Gao (2010) 在面對中國貨運業如何減少二氧化碳排放量 的議題，藉由成立低碳貨運網絡配合發展半掛式拖車運輸 (semi-trailer swap transportation)，以減少二氧化碳的排放量同時增加貨物運輸量，促進運輸網絡的 運輸效率。而 Hector (2010) 在其研究中發展 TILT 模式來評估總體運輸需求和所 提出之低碳的運輸計畫對經濟的影響，同時考慮到選擇不同的計畫的敏感度分析， 以及最後這些計畫對使用者運輸行為的影響。最後，若以決策者方的角度來看， Lai and Ren (2011)在其研究中也建議可採取政府、公共運輸及社會大眾三方互動 的管理模式，政府考慮公眾意見，並積極促使低碳計畫的發展與大眾積極的配合 參與。 表 2-2 運輸相關減碳計畫 減碳手 段 研究文獻 內容 替 代 運 輸 模 式 Li and Li (2010) 人口規模較大的城市，公共運輸的效率較高。鐵路以及軌道 運輸系統公共運輸提供了良好的替代選擇，其單位運量所消 耗之能源以及碳排放量較低。 Potter (2003) 軌道運輸系統可及性較低，必須提供完整之轉乘接駁系統配 套措施來加強其及門服務水準。但也因為可及性等因素造成 不易吸引旅次轉移，營運維持較需要依賴政府補助。 IEA (2002) 公車可及性較高，可以依照都市內各地區逐年改變的需求而 調整，例如歐美地區盛行的雙層巴士，抑或是撥召公車。 Stanley and Watkiss (2003) 依照目前的燃料技術，一般公車其乘載率一但超過三人，則 每延人公里二氧化碳排放量都遠低於私人運具。 Beevers and Carslaw (2005) 透過公車專用道之設置、公車優先號誌等以及更密集的路網 等拉力以鼓勵私人旅次轉移至公共運輸。 應 用 運 輸 科 技 Greene and Wegener (1997) 美國由於幅員廣闊以及燃油成本的低廉，私人運具使用率仍 居高不下，尋求替代燃料及相關技術方面為主要減碳關鍵。 Schipper and Fulton (2003) 許多替代燃料只能提供輕微的二氧化碳減排效果，若無伴隨 著相關配套政策來改變大眾運具選擇行為，減碳效果不大。 Sperling (2003) 推廣使用低排放的車輛如電動機車，或是目前的低碳燃料如 天然氣都是較為低碳環保的運輸模式。

11 續表 2-2 運輸相關減碳計畫 改 變 選 擇 行 為 Mitchell (2005) 實行里程計費來落實使用者付費。 Anable and Boardman (2005) 短期內，改變選擇行為和運輸習慣比科技手段更為有效。 Cairns 等人 (2004) 藉由鼓勵共乘行為等較為溫和的運輸政策，藉此增強替代運 輸模式的吸引力。

Liu and Chen (2011) 引進並提倡環保車輛以及自行車等低汙染交通工具，有效地 節省能源及環境的污染。 DFT (2006) 藉由減少道路的空間、增設行人專用道來改善步行以及自行 車旅次的品質，以及配合密集的公共運輸路網來達到轉移私 人車輛的旅次目的。 管 理 領 域 面 Li and Gao (2010) 藉由成立低碳貨運網絡配合發展半掛式拖車運輸，以解決中 國貨運業二氧化碳的排放量之議題，促進運輸網絡的運輸效 率。 Hector (2010) 發展 TILT 模式來評估總體運輸需求和所提出之低碳的運輸 計畫對經濟的影響，同時考慮到選擇不同的計畫的敏感度分 析，以及對使用者運輸行為的影響。

Lai and Ren (2011) 可採取政府、公共運輸及社會大眾三方互動的管理模式，政 府考慮公眾意見，並積極促使低碳計畫的發展與大眾積極的 配合參與。 資料來源：本研究彙整 藉由整理與歸納文獻後，我們可以發覺除了科技的支援、相關的實質減碳計 畫外，藉由宣導方式從使用者的運輸選擇行為著手，逐漸地改變其需求是相當重 要的關鍵因素。綜合以上所述，依賴單一種運輸計畫來達到減碳的目的有其困難 之處，而藉由計畫間的相互整合，如稅收、法規，配合技術和需求的轉移，才能 有效的減少二氧化碳排放量。 但並非所有的計畫都適合套用在各個國家、各個城市。例如呈上所述，人口 密度較大的城市如日本、歐洲，公共運輸效率相對較高。為了使計畫能更有效的 解決二氧化碳的問題，因地制宜的計畫是不可或缺的。上述運輸相關之減量計畫 文獻回顧我們可以了解目前學者們正積極提出應對措施供決策者參考，藉以減低 運輸產業的碳排放量。但是隨著各地特性不同，合適的低碳計畫組合也不一樣。 接下來即針對國內以及國外各都市之相關減碳計畫作回顧。

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2.1.1 國外運輸部門減量計畫

美國運輸部 (Department of Transportation, DOT) 針對溫室氣體減量提出四 種計畫導向。分別為：採用低碳燃油、增加車輛燃油經濟性、改善運輸系統效率 以及減少碳密集旅次活動 (DOT, 2010)。這些計畫實際行動方案包含：發展與採 用替代燃料，如氫能源與電能；改善引擎效率、車體設計與輕量化材質減少油耗； 鼓勵私人運具使用者移轉至大眾運輸，以及發展大眾運輸提升整體運輸系統的運 作效率；改變旅運活動型態，提倡更具能源效率的運具、增加運具乘載率、以及 減少非必要旅次。 歐盟部分，在提高運具耗能標準方面，限制 2012 年後汽車排放量應小於 100 公克/公里。並推廣推廣省能運具及智慧型汽車，運用 ICT 技術於交通運輸系統 基礎設施及汽車上，達成更順暢之交通運輸系統。(運研所，2010) 亞洲部分，日本因大眾運輸系統較其他亞洲國家發達，因此主要計畫著重在 節約能源部分，藉由節約能源法的提倡，在提高運具耗能標準、運具系統管理、 推廣省能運具以及獎勵省能運具研發內都有實際的行動規畫，如引進汽車燃料效 率標竿 (top-runner) 制度，以提高汽車燃料效率；修改小型自用車定義；積極改 善交通，鼓勵使用大眾運輸；在重要交通區域採用交通需求管理系統，並配合智 慧型運輸系統以改善交通阻塞，提升交通運輸能源使用效率；抑或是氫能車示範 計畫、車輛怠速期間引擎自動等運輸科技的發展。(運研所，2010)

另外，聯合國政府間氣候變遷問題小組 (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC ) 也在其年度報告中針對各國政府運輸部門低碳計畫提出之四項 建議：更節約燃料的機動車，如油電混合車；鼓勵自行車與步行等非燃油或耗能 之交通工具；鼓勵私人旅次轉移至軌道與公共運輸模式；土地妥善利用和改善交 通運輸規劃。(IPCC, 2007) 而國際運輸論壇 (ITF, 2009) 則認為除了發展低碳計畫，同時也必須考量大 眾對減排計畫的接受度，以及執行時可能遭遇的障礙與效益評估的問題，同時也 須考量排放量的成本。因此提出四種運輸部門的低碳相關計畫：第一，在運輸需 求部分，應盡量減少需求量，並利用重新規劃土地使用、提升乘載率、改變運輸 需求型態與規模等手段來減少私人運居之需求；其次，在運具使用方面，提倡使 用高效能低汙染的運輸工具，如大眾運輸工具或非燃油動力交通工具。第三與第 四點則是著重在燃油部分政府應該給予發展新型替代燃油科技適當補助，以及發 展與鼓勵新的車輛節能科技。最後，利用交通控制與管理手段，使車流更順暢以 減少怠速所造成的汙染。

13 對各國運輸部門節能減碳的政策整理，可以看出，首先著重於運具的節能減 碳，包括制定車輛燃料效率標準、制定車輛 CO2 排放標準、發展替代燃料、節 能運具獎勵、推動車商節能運具製造自願性協議等等，其次為運輸管理系統的導 入，例如智慧型運輸系統、車輛數量管制與時速管制等等。 而上述之政策的執行需要具有實質執行效力的政府機關來推行才能達到實 質效果。根據聯合國環境規劃署（UNEP）估計，目前國際主要城市所產生之溫 室氣體主要成分─二氧化碳，占全球總排放 80%，故都市之政策制定者在推動減 少碳排放量的工作上扮演著重要的角色，為減碳計畫之主要核心層級（顏君聿， 2008）。因此在後京都議定書時期，國際各大都市皆竭力推行各項減碳計畫。在 此，本研究特別針對國際各大城市減碳計畫之「運輸部門」部分做整理，以了解 國際各城市之減碳計劃、目標以及在運輸部門所推動之計畫趨勢。 表 2-3 國外主要城市運輸部門溫室氣體減量目標與節能減碳措施 國 家 主要城 市 溫室氣體排放量減量目標 運輸部門節能減碳政策措施 城市級 國家級 (自訂/議定 書目標) 美 國 舊金山 2012 年：排放量比 1990 年水 準再降 20% 2002~2012 年：每 單位經濟活動排放 強度降低 1 8 % （2008~2012 年： 排放量比 1990 年 水準降 7%） 1. 增加公眾運輸使用率 2. 推廣共乘制 3. 推廣腳踏車與步行代替開車 西雅圖 2012 年：排放量比 1990 年水 準降 7% 1. 打造完善的自行車環境 2. 採用生質燃油並推廣油電混合公車 3. 大量使用電車 4. 興建輕軌大眾運輸系統 洛杉磯 2030 年：排放量比 2007 年水 準降 35%，達到 1990 年的水準 1. 提倡潔淨替代燃料與電力車 2. 巴士運輸方案 3. 建置自動交通監控系統 4. 推廣通勤者行程削減計畫 紐約 2030 年：排放量比 2005 年水 準降 30% 1. 擴建鐵路系統和改善巴士服務 2. 試行道路收費計畫 英 國 倫敦 1. 2010 年：排放量比 1990 年 水準降 20% 2. 2050 年：排放量比 1990 年 水準降 60% 2008~2012：排放量 比 1990 年水準降 12.5% 1. 「塞車稅」制度，根據 CO2 排放水 平，向進入市中心的車輛徵收費用 2. 巴士汰舊換新 日 本 東京 2020 年：排放量比 2000 年水 準降 25% 2008~2012 年：排 放量比 1990 年水 準降 6% 制定有利於推廣使用省油汽車的規例。 資料來源：顏君聿（2008），臺灣經濟研究月刊。

14 上表列出國際主要代表城市節能減碳措施，可以看出各地區的運輸部門計畫 著重的方向各不相同。如人口稠密的都會區：英國的倫敦、日本的東京以及美國 的紐約，拜其人口密度高所賜，其都市公共運輸相較於其他地區較為發達、有效 率，因此主要行動計畫多藉由稅收來抑制私有車輛使用等聚焦在私有車輛的計畫 為主。而相較於其他幅員廣闊的地區，如表中美國的其他地區，則大多集中在提 高大眾運輸使用率、改善能源使用效率等計畫為主。因此隨著各地區旅運特性不 同，合適的低碳計畫也不一樣。因此我們可以歸類目前國外運輸部門主要減碳的 計畫，大致上朝以下四種方向發展： (1) 提高大眾運輸使用率，推廣低碳運具； (2) 收取空汙、擁擠等稅收，抑制私有車輛成長； (3) 建構智慧型運輸系統，強化交通管理功能； (4) 改善私人運具效率，減少碳排放量。

2.1.2 我國運輸部門減量計畫

京都議定書於 2005 年 2 月 16 日正式生效，同時也代表低碳世代的開端，世 界各國主要城市紛紛響應低碳行動。面對國際趨勢，對於海島型國家、陸地自然 資源較為匱乏的台灣，在永續發展的議題上比其他國家更需要完整的規劃。有鑑 於此，我國政府也正式於 2005 年根據經建會之永續發展計畫規劃報告逐步開始 推動地方永續評鑑機制的工作（顏君聿，2008），重視並全力協助各地方政府各 項減碳行動方案。 我國早於 1997 年即成立「行政院國家永續發展委員會」，並制訂「國家環境 保護計畫」。接著於 2000 年研擬「二十一世紀議程：中華民國永續發展計畫綱領」， 落實永續發展。為以實際行動其計畫綱領，經濟部於 1998 年、2005 年與 2009 年分別召開三次「全國能源會議」討論各項節能減碳計畫以及溫室氣體減量措施。 而後就會議之結論，執行「低碳示範城市建構對象」計畫。

15 1998 年第一次全國能源會議，即針對氣候變化綱要公約發展趨勢及因應對 策以及能源使用等議題進行研討並提出六大方針：確保能源穩定供應、促進合理 能源價格、提高能源使用效益、防治能源污染環境、加強能源研究發展、推動能 源教育宣導；而針對運輸部門方面，當時也僅提出至 2010、2020 年之節能目標、 以及具體行動方案 (如表 2-4)。2005 年京都議定書生效後，我國於 94 年 6 月召 開「第二次全國能源會議」，重新檢討我國之節能減碳計畫架構。第二次會議為 確實掌握氣候變化綱要公約及京都議定書主要核心目標，會中特別針對京都議定 書生效後整體能源政策、能源結構發展、綠色能源發展、產業部門、運輸部門因 應計畫等六大議題進行討論。運輸部門方面，此次為因應京都議定書之減碳計畫， 除了修正節省能源目標外，還特別在計畫期程目標內加入二氧化碳排放減量目標， 也在行動計畫內推動低汙染及綠色運具的概念，全力配合國際減排趨勢 (如表 2-4)。（蔣本基等，2006；行政院環保署，2009） 除了召開「全國能源會議」外，行政院亦於 2008 年核定「永續能源政策綱 領」，並研提相關行動方案，最終於同年 9 月通過「永續能源政策綱領－節能減 碳行動方案」。其中運輸部門共計列入 27 項行動計畫，分由交通部、經濟部、環 保署及內政部依相關權責辦理，同時訂定各部門節能減碳績效之額度，以達成全 國二氧化碳排放減量目標 (如表 2-4)。而 2009 年行政院舉辦「第三次全國能源 會議」，除針對永續發展與能源安全、管理與效率提升、市場開放、科技與產業 發展等四大核心議題外，針對運輸部門減碳目標則具體地訂定逐年減碳目標，並 提出最低成本的規劃方案 (如表 2-4)。強力落實減碳行動，達成永續能源政策綱 領政策之目標。（行政院環保署，2009；顏君聿，2009） 表 2-4 國內運輸部門溫室氣體減量目標與節能減碳措施 運輸部門 節能減碳目標 相關法規修訂 技術計畫 經濟誘因與社會宣導 1998 年 第一次全國 能源會議 2010 年累計節約率為 15.5 ％、2020 年達 23.7 ％，累計節約量為 688 萬公秉油當量 修訂「車輛容許 耗用能源標準 及檢查管理辦 法」，增訂汽機 車輛耗能標準  提升汽機車輛耗能標準  推動採用省能運具  開發電動機車燃料電池  健全軌道大眾運輸系統  實施運輸系統管理計畫  發展智慧型運輸系統  降低運輸活動所衍生之環境衝擊  推動汽燃費改隨油徵收  加強省油車輛宣導

16 續表 2-4 國內運輸部門溫室氣體減量目標與節能減碳措施 2005 年 第二次全國 能源會議 2020 年累計節約 369 萬公秉油當量， 降低 CO2 排放量 1,046 萬 噸， 到 2025 年累計年 節約 622 萬公秉油當 量，降低 CO2 排放量 1,430 萬噸 逐步檢討提高 汽機車能源效 率標準（2009 年 6 月完成「車 輛容許耗用能 源標準及檢查 管理辦法」修正 草案）  健全完善的軌道運輸服務  提升公路及市區公車服務功能  提供民眾便利的交通轉乘服務  落實以綠色運輸系統為導向之土 地使用規劃  合理化汽（機）車成長管理  強化私人運具使用管理  運用先進科技  強化運輸需求管理  提升貨物運輸之運作效率  辦理能源領域科技計畫  推廣低污染省能源運具 或交通設施  推廣與宣導綠色大眾運 輸系統  推廣節能活動 2008 年 永續能源政 策綱領 各部門行動計畫，應訂 定部門節能減碳績效額 度，以達成全國 CO2 排 放減量目標（規劃於 2016 至 2020 年間回到 2008 年排放量，於 2025 年回到 2000 年排放量） 檢討修正道路 照明標準降至 合理範圍，並符 合照明效率  建構便捷大眾運輸網，紓緩汽機 車使用與成長  建構「智慧型運輸系統」，提供即 時交通資訊，強化交通管理功能  建立人本導向，綠色運具（腳踏 車與人行步道）為主之交通環境  推廣電動機車應用  推動「整車自主工業技術建立計 畫」，輔導業界發展自主車型之可 充電式油電車（PHEV）  加強車輛節能創新技術研發計畫  計程車全面瓦斯化  推動油電混合動力汽車 獎勵推廣措施  鼓勵使用替代燃料運具  加強低污染、低油耗車 輛宣導 2009 年 第三次全國 能源會議 訂定部門節能減碳目 標，並逐年檢討及調 整，以最低成本規劃可 行方案（ 全國 CO2 排 放減量目標同永續能源 政策綱領，並視後京都 時期協議後續發展進行 調整）  落實道路管 理法規  通盤檢討及 修訂交通法 令  發展公共運輸系統  建立友善自行車交通環境  推動共乘制度及資訊化派車系統  提升汽機車新車耗能標準  推動生質燃料  推動零件、系統及整車之輕量化  規劃「後鋰電池」之儲能技術  推動汽燃費隨油徵收  提供適當措施與誘因， 創造電動及燃料電池 汽、機車市場  獎勵研發與推廣省能低 碳運具  獎勵「後鋰電池」之儲 能技術  各種車輛應標示油耗 率、年度購油費用  推廣省能交通運具 資料來源：顏君聿（2009），臺灣經濟研究月刊

17 為依據並落實全國能源會議的結論，經濟部於 2009 年共提出了 16 項具體方 案。方案中，在「推動低碳城市」計畫中，規劃未來 5 年推動 6 個低碳城市，2020 年時完成北中南東 4 個低碳生活圈，因此環保署於 2010 年成立「低碳城市遴選 評決小組」，藉由專家學者之意見，透過二階段的評選：首先提出計畫構想，而 後再提出完整而具體的減碳目標與計畫，並導入財務計畫及成本效益分析、未來 減碳計畫及願景，包括溫室氣體管理、溫室氣體減量計畫與執行方式，以利瞭解 低碳措施之環境適宜性及優先順序等。 評選階段內，國內各縣市所研提的「低碳城市規劃報告」，多分為各部門來 執行，並就相關產業研擬相對應之減碳計畫。本研究另以縣市為單位，並歸納「低 碳示範城市建構對象」計畫中國內各縣市運輸相關永續發展計畫之作法，如表 2-5： 表 2-5 國內各縣市運輸部門之低碳計畫 城市 運輸部門策低碳計畫 北區 基隆市  發展智慧型運輸系統  更新 LED 號誌  健全大眾運輸網絡(公車、台鐵)  設置海博館轉運站 台北市  推廣大眾運輸  促進運具低碳化：替代燃料 新北市  自行車租借系統  鼓勵共乘制  低碳運具：電動機車千輛化 桃園縣  建構大眾運輸路網  建構自行車道系統  推廣低碳綠色運具  建置即時路況資訊 新竹縣  推廣低汙染車輛  推廣自行車及步行  鼓勵共乘制  推廣低碳駕駛行為 新竹市  健全大眾運輸網  規劃自行車道系統  規劃行人徒步區  推動綠色交通運具  推廣低碳駕駛行為

18 續表 2-5 國內各縣市運輸部門之低碳計畫 中區 台中市  興建公車捷運系統(BRT)  發展 TTJ 捷運公車  興建大眾捷運系統  客運業者車輛汰舊換新  LNG 清潔車隊計畫  規劃自行車道系統  更新 LED 交通號誌 彰化縣  建置 LED 交通號誌  提倡綠色交通運具 南投縣  更新 LED 號誌  發展雙鐵併行  發展自行車道  發展觀光綠能遊艇、纜車系統 雲林縣  發展 BRT 電動公車計畫、  轉運節點建置計畫  建置電動自行車路網  觀光農業低碳路網建置、  再生能源發電場示範計畫 南區 嘉義縣  發展低碳運輸觀光  提倡低汙染載具 嘉義市  綠色交通(含自行車道建置、電動車城市)  改善人行環境 台南市  規畫停車收費差別費率  規劃低碳排放區 高雄市  汰換 LED 交通號誌  推動綠色運具 東區 宜蘭縣  發展無縫隙接駁系統  發展自行車道、鼓勵共乘系統  發展智慧型交通控制系統  推廣低碳運具 花蓮縣  建構交通串連網絡  自行車步道 台東縣  更新 LED 交通號誌  發展綠色運具，如節能油電巴士、電動機車  推廣共乘制度  發展市區 P+R 系統 資料來源：本研究整理自「低碳示範城市建構對象」計畫資料，環保署 (2011)

19 藉由以上綜合整理，檢視我國各縣市運輸部門具體行動計畫。可看出我國大 多數城市在追求低碳運輸目標主要採取之計畫大致可歸納為四大類：(1) 建置或 加強大眾運輸系統；(2) 提升交通運具之燃料效率，抑或是替代燃料來達到減排 效果；(3) 建置智慧型運輸系統，加強運輸科技；(4) 轉移私人旅次之計畫，如 推廣共乘、鼓勵步行及提升自行車路權等。而從各個縣市所提出之計畫也可以看 出各縣市政府在規劃低碳計畫的同時，也有加入因地制宜的地緣特性，建構適合 其都市特性之低碳計畫。

2.1.3 國內外運輸計畫比較

前述章節分別歸納了世界各國以及我國的溫室氣體減量計畫。但如同前述所 述，減量計畫因各國特性、國情的不同，其它國家計畫，也可能因為我國環境發 展上的差異，而不適用於我國，如此一來單純相互比較實質上並無意義。因此以 下本研究彙整各國減量計畫，同時描述該國目前交通特性，並探討是否適用於我 國。透過具體的分析評比，將其應用於本研究，並提出適合我國以及可行的減量 計畫。 人口稠密的歐洲城市因人口密度高，其都市公共運輸相較於其他地區較為發 達。而我國目前大眾運輸使用率僅都會區較高，加上可及性不及先進國家之發展 完整路網，因此相對來說，發展公共運輸系統有其必要性。另外，國外在其擁擠 的都會區也藉由稅收來抑制私有車輛造成的擁擠。而我國近年來欲推動的汽燃費 隨油徵收等抑制私有車輛計畫，符合我國運輸還環境的情況 (私有車輛、機車多)， 應是較具有效率的作法。同時也可以配合轉移私人旅次至公共運輸旅次的計畫， 如國外的推廣共乘、提倡自行車與步行代替開車等，而我國之建立友善自行車交 通環境、推動共乘制度及資訊化派車系統等都是目前較為可行的計畫，決策者甚 至可施以補助，提供適當的誘因令使用者的選擇行為逐漸改變。 在美國，部分地區幅員廣闊，大眾運輸使用率較不及私有車輛，與我國目前 面臨的情況有所類似。國外所採取的計畫為在都會區興建公共運輸系統的同時， 藉由改善能源效率、使用替代燃料、推廣低碳運具等計畫類型。而我國所提出之 提升新車耗能標準、推動生質燃料、零件輕量化等計畫也同樣適用於我國非人口 稠密的地區。

20 反觀我國，因台灣之島國特性：地狹人稠以及靠山臨海，同樣地也有較為合 適我國地緣特性之低碳計畫。如我國因地狹人稠而使可及性較高的機車為國人主 要運輸方式，再加上市區路網繁雜等特性，如推廣大眾運具之相關計畫就可參考 歐洲相類似經驗；其次，由於都市路網密集，如路口汰換 LED 燈等科技相關計 畫也屬較可行之方案；第三，配合大眾運輸之發展，提出相關抑制 (推力)、鼓 勵 (拉力) 之政策，如推廣共乘制；最後，配合台灣特有之景觀與觀光環境，發 展自行車道及提升行人品質也是方案之一。 因此不論何種地理特性，決策者在計畫規劃的同時，應進行成本效益評估工 作。評估低碳計畫對環境之影響，以及溫室氣體減排的效益、成本，以及其他相 關影響。綜合上述分析，本研究假以國外之地緣特性及其計畫推動之經驗。提出 較可能適用於我國之減碳計畫與措施方案，以提供做為未來計畫之參考。

2.2 公共建設計畫資源分配

2.2.1 公共建設計畫評選回顧

資源是有限的，如何在有限資源的情況下，分配到給需求者，並使整體的效 用最佳化是一門重要的課題。例如民間企業的資金及人力分配問題：如何避免資 源的閒置、生產效率最大以及成本最小化等目標。而本研究即著重在公營機關的 層面。 與民間企業較不同，公營機關必須考慮到區域平衡以及城鄉差距的問題。如 何在政策執行效率與縮短城鄉差距之間取得平衡是公營機關當前最優先考慮之 事項。政府預算因牽涉國民全體利益，因此皆須謹慎評估，以有限的資源做最大 效能的規劃，以及合理的分配方式。反之，若公共建設計畫無法有效率的分配、 編列不實等等的問題缺失，則會造成國家資源浪費、國民生活水準降低以及財政 負擔加重等嚴重的財政問題，可見資源分配對國家之重要性。因此，資源分配之 議題不僅僅是討論「如何」去分配，更甚者，除了考量如何分配，更要去追求是 否有更合理的分配方式，同時兼顧產生的計畫效益與分配的合理公平性 (Kaplan and Michael，2002；楊駕人，2007)。 公共建設計畫就以往發展狀況，大多屬於量化模式，例如線性規劃、非線性 規劃、整數規劃及動態規劃等數學規劃方法，例如 Kwak and Diminnie (1987) 利 用目標規劃法來進行分配學院的預算分配問題；但這些以往的最佳化模式中，預 算分配多屬於單一目標求解問題(鄧振源，2005)。事實上，多年來國內外公共建 設預算分配問題缺乏一套有規則的依據，而公共建設計畫問題往往同時須兼顧多 個目標等性質，如公平性與計畫效益，政府在其決策中有若干目標需要最大化， 其餘則需要最小化。因此公營機關之決策問題多屬於多目標資源分配問題。

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2.2.2 資源分配文獻彙整與評析

資源分配議題種類相當多，最經典的屬以背包問題（Knapsack Problem）。 Gabriel 等 (2006) 以背包問題為基礎提出預算分配模式，探討如何選擇工程的計 畫組合，意即如何將計畫有效率地組合放入背包中，將總預算視為背包容量上限， 並在有限預算(即背包容量)的條件下，求解最大化的總計畫價值，並得出預算分 配問題為一「Project Selection」之 NP 問題。Tarek and Zayed (2004)則以公部門 角度對橋樑維護工程計畫進行預算分配，並探討如何分配預算金額，是為「Budget Allocation」問題。 公共建設計畫這類問題往往具備衝突、多個目標等性質，政府在其決策中有 若干目標需要最大化，其餘則需要最小化。因此公營機關之決策問題多屬於多目 標資源分配問題。如 Huang 等 (2010) 提到政府最重要的問題之一是如何分配公 共基礎設施項目的預算。研究結合模糊理論與包含 3 子模式之公共預算分配模式 期望使預算分配更有效率。楊駕人(2009) 應用雙層規劃 (Bi-level Programming)， 在國防預算有限情況下，對於人事、作業及投資三方面均衡目標發展出資源配置 最適化之模式。楊有恆等 (2007) 在其研究中建構線性規劃預算分配模式，使各 產業間貢獻度達到最大，並使不同產業間之滿意度落差由 40.8%降至 2.6%，使 資源分配更加有效率與公平。 表 2-6 資源分配相關文獻彙整 作者與參考文獻 摘要

Kaplan and Merson (2002)； 楊駕人(2007)

資源分配之議題不僅僅是討論「如何」去分配，更要 去追求是否有更好、更合理的分配方式，兼顧產生的 計畫效益與分配的合理公平性。

Kwak and Diminnie (1987) 利用目標規劃法來探討該學術機構的預算分配問題。

鄧振源 (2005)； 以往的最佳化模式中，預算分配多屬於單一目標求解 問題。

Gabriel 等 (2006) 以背包問題為基礎提出預算分配模式，探討如何選擇 計畫組合。

Tarek and Zayed (2004) 公部門角度對橋樑維護工程計畫進行預算分配，並探 討如何分配預算金額。 Huang 等(2010) 政府最重要的問題之一是如何分配公共基礎設施項目 的預算。研究結合模糊理論期望使預算分配更有效率。 楊駕人 (2009) 應用雙層規劃 (Bi-level Programming)，在國防預算有 限情況下，對於多目標做資源配置最適化。 楊有恆等 (2007) 研究中建構線性規劃預算分配模式，使各產業間貢獻 度達到最大，分配更有效率。 資料來源：本研究彙整

22 政府機關在投入資源上為考量有限資源、達到效益標準等目標，對於資源之 統籌分配議題必須加以審慎考慮。而分配資源需要有一套具客觀性、實質上之合 理性的評估模式。如考量不周反而會形成資源錯置，造成無謂的浪費。 總觀資源分配問題，大多以數學規劃為主要評估模擬方式，如上述之雙層數 學規劃、線性規劃等。本研究所欲探討之低碳運輸計畫之預算分配問題在本質上 屬於多衝突目標之決策問題。依循實際之決策環境，預算分配由中央統籌執行， 地方政府只需提出低碳計畫說明及其相關數據，最終仍由中央實行預算分配決定 權，並無上下階層皆有決策權之情形。 因此本研究即利用多目標規劃法作為研究核心模式。中央決策者有最終分配 權，決策大環境下分為若干個區域，各區域皆有提出若干子計畫，而多目標規劃 模式即將所有子計畫及區域所分配到之預算同時考慮，並在顧及區域公平性的同 時求解減碳效益最大。接下來本研究接下來即回顧多目標規劃法文獻，以作為模 式建構之依據。

2.3 多目標規劃

2.3.1 多目標規劃法介紹

多目標規劃理論之研究源於 1944 年 Von Neumann 和 Morgenstern 為解決多 個衝突的目標。而在 1951 年 T.C. Koopmans 提出有效向量的觀念，考量資源最 有效分配之多目標問題。隨後，H.W. Kuhn 和 A.W. Tucker 在同一年推導出有效 解存在的最適化條件，至此奠定了多目標規畫之研究基礎。1961 年 A. Charnes 和 W.W. Cooper 也提出了簡要討論含多個衝突目標問題的求解方式。直到 1972 年 10 月在美國南卡羅來那州（South Carolina）大學召開第一次多評準決策 （Multiple Criteria Decision Making；MCDM）研討會之後，方逐漸獲得學術界重 視及廣泛應用。 (馮正民、邱裕鈞，2004；張乃斌，2002) 多目標規劃是一種可同時考量多個相互衝突的決策目標規劃方法。傳統單一 目標最適化早已無法處理政府在投資決策單位過程中，存在多個目標相互衝突的 問題（馮正民、邱裕鈞，2004) 。例如本研究所探討的公平性、預算成本最小、 碳排放量最少與策略減排效益最大化之多目標規劃問題，這些目標彼此間存在著 互相衝突的特性。本研究將採用多目標規劃理論，以求在處理不同單位的目標之 間相對的妥協解（非劣解）。

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本研究欲利用多目標規劃來解決預算分配的問題。以下即簡要介紹多目標規 劃之理論與求解方法。多目標規劃屬於多評準決策法（Multiple Criteria Decision Making, MCDM）之一類。多評準決策主要目的是同時考量多個相衝突目標或準 則的最佳化決策問題。其廣義的定義又包含四類︰多目標規劃、多準則評估、多 屬性效用理論以及公共選擇理論。而應用在運輸領域之議題多以多目標規劃與多 準則評估最為廣泛。以下即對這兩類方法作簡介：

1. 多目標規劃 (Multi-Objective Programming, MOP)

多目標規劃的模式機制是以最佳化函數為基礎，較適用於可行方案多個 且為量化資料的情形，其運算機制是以限制條件 (式) 界定可行方案範圍， 而後以數學方法求得非劣解，再結合決策者的偏好資訊，最後求得妥協解 (compromise solution)。

2. 多準則評估 (Multi-Criteria Evaluation, MCE)

又稱多屬性決策 (Multi-Attribute Decision Making, MADM)，適用於有 限個且已知的數個可行方案，並評選程序評估各屬性的相對重要性來進行方 案的評選以決定其可行方案的優劣並排序。

如上述，廣義多評準決策 (Multiple Criteria Decision Making，MCDM) 分為 多目標規劃 (MOP) 與多準則評估 (MCE) 兩大類。兩者主要的差異在於多目標 規劃是以數學規劃將多個可行方案的資料量化，並建構目標式及限制式，求解後 供決策者參考；而多準則評估則是在已知的有限個可行方案中，透過決策者之偏 好求出權重，在其方案中評估期優劣及排序，供決策者挑選。 在現實社會中，決策者面臨之問題通常多較複雜，如交通運輸規劃問題中使 用者效用最大、建設成本最小等。其應用之廣泛，只因現實生活中存在著許多目 標衝突之問題。而傳統單一目標規劃之缺點為考慮不周全以及決策者對所求之解 只有接受或拒絕，並無法處理在決策過程中，存在多個目標相互衝突的問題。這 些目標彼此間存在著互相衝突的特性，以及目標衝突時之權衡 (trade off)。 因此，多目標規劃法為解決單一目標規畫無法解決之多目標問題，在多個目 標可衡量之情況下，建構目標式和限制式，並利用數學規劃方法在許多個方案中 尋求滿意解（解集合）。換句話說，多目標規劃因在其決策過程中多個目標相互 衝突之故，所以無法同時達到全目標之最佳化。由此可知，多目標規劃問題並無 所謂的「最佳解」，取而代之即符合相關限制條件之非劣解（non-inferior solution）、 妥協解（compromise solution）。

24 非劣解的定義為模式結果中不存在「任何其他可行解組在不犧牲某目標值的 前提下使另一目標值提高」即為非劣解，或稱柏拉圖最適解、效率前緣解。如圖 2-1 之 AC 曲線。但非劣解又會因決策者偏好不同或價值觀之緣故，而有權重關 係。因此，決策者的偏好以及提供時機的不同，也會影響模式的求解方式。所以 更進一步再結合決策者偏好以及提供資訊之時機，求出接近於理想解之妥協解。 如圖 2-1，決策者提供其偏好之效用函數 U，與非劣解集合之切點 B 即為滿意之 妥協解。 圖 2-1 非劣解集合與效用函數 U 目前多目標規劃依照延伸發展出的研究又有是否包含現實中不確定性因素 之資訊而有其他整合類型之多目標規劃法的發展。傳統多目標規劃又有多目標線 性規劃、多目標非線性規劃與多目標整數規劃等延伸；當加入不確定性因素後又 發展出模糊多目標規劃、可能 (機率) 多目標規劃、灰色多目標規劃與灰色模糊 性多目標規劃等。此外，近年來又有結合遺傳演算法、層級分析法等整合型多目 標規劃法。

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2.3.2 多目標規劃法一般式

多目標規劃模式基本上為單一目標線性規劃之擴充，其為同時處理考量二個 或多個具有衝突關係之不同目標，而單一目標線性規劃只能處理一個目標。多目 標規劃法亦即在有限資源之限制下，處理相互衝突之多個目標，並尋求相對較佳 的解集合供決策者參考。 與單一目標規劃不同之處在於，單目標所求之最佳解為一點 (如 Max/Min 目標值)；而多目標規劃所求之解為一組解集合，或稱向量解。因此多目標規劃 又稱向量最佳化(vector optimization)問題。 多目標規劃有三項組成要素： (1) 目標函數 𝑍 = {𝑓1, 𝑓2, … , 𝑓𝑛} (2) 決策變數 𝑋 = {𝑥1, 𝑥2, … , 𝑥𝑝} (3) 限制式 {𝑔𝑖(𝑥) ≤ 𝑏𝑖 , 𝑖 = 1,2, … , 𝑚} 因此，一 n 個目標、m 個限制式以及 p 個變數之多目標規劃一般式可表 為： Max/Min [𝑓₁(𝑥), 𝑓₂(𝑥), … , 𝑓_𝑘(𝑥)] Max/Min [𝑓_𝑘+1(𝑥), 𝑓_𝑘+2(𝑥), … , 𝑓_𝑛(𝑥)] s.t 𝑔𝑖(𝑥) ≤ 𝑏𝑖 , 𝑖 = 1,2, … , 𝑚 𝑋_𝑗 ≥ 0 , 𝑗 = 1,2, … , 𝑝 其中，𝑓_𝑙(𝑥)指的是第 l 個目標式，l = 1, 2,…, k 為極大化目標，l = k +1, k+2,…,n 為極小化目標式，共計 n 個目標。X 為 p 維決策向量，即 p 個變數。而𝑔_𝑖(𝑥)指 的是第 i 個限制式，共計 m 個限制條件。最終求得之解為一向量解表為： 𝑍∗ _{= [𝑓} 1∗, 𝑓2∗, … , 𝑓𝑛∗]

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2.3.3 多目標規劃求解法分類

多目標規劃方法求解方法再依決策者提供偏好資訊之差異，又可分為四類︰ （Hwang 等，1981；Goicoechea 等，1982；許志義，1994；馮正民等，1989；馮 正民、邱裕鈞，2004） 1. 決策者無提供偏好資訊 (No Articulation) ︰ 此種求解方法在建構模式後，決策者不須提供任何主觀之偏好資訊，純 粹由規劃者根據目標函數及限制式求出滿意之妥協解。此種方法之優點為其 求出之結果不受規劃者主觀偏好的影響；缺點則是由於缺乏完整偏好資訊， 必須對決策者之偏好作假設，但也必須承擔假設錯誤之風險。 本求解方法如ɛ-限制法（ɛ-constraint Method）、整體準則法（Global Criterion Method）、最小誤差法（Minimum Deviation Method）、多目標單形 法（Multi-objective Simplex Method）。

2. 決策者先前提供偏好資訊（Prior Articulation）： 此種求解方法即決策者事前提供本身的偏好資訊，給予規劃者在求解多 目標模式時之參考，因此模式所求出之解即為決策者之偏好解。此類方法的 優點為求解容易、搜尋成本較低以及所得到的結果較容易被決策者接受。另 外在現實決策環境下，此種求解模式，較符合實際執行情形；而缺點部分， 則因偏好資訊多為主觀認知，較難求得決策者切確的價值函數 (Value Function)，抑或是當決策者本身資訊即不足，難以決定權重，受限於決策者 所提供偏好資訊之完整程度。 本求解方法又可依據決策者所提供資訊型態分成兩大類型：基數資訊 (Cardinal Information) 與加入次序資訊的混合資訊 (Ordinal and Cardinal Information) 。而基數資訊又可分為效用函數法 (Utility Function Method) 和 限制目標法 (Bounded Objective Method) ；混合資訊又可分為字典式排序法 (Lexicographic Method) 、目標規劃法 (Goal Programming) 及目標達成法 (Goal Attainment Method) 等。

27 3. 決策者事後提供偏好資訊（Posterior Articulation）︰ 此種求解方法不需要決策者提供任何偏好資訊或效用函數，完全由規劃 者求出問題中之非劣解，然後事後再由決策者選擇一最符合之滿意解，因此 又稱非劣解法。優點在於決策者有面對不同的非劣解有更多的選擇機會，而 且不需要收集決策者的偏好資訊；缺點則為相較於其他解法計算較為複雜、 現實中較為繁瑣、大規模問題難以使用本法求解，且若產生之非劣解數目太 多，則可能會對決策者造成困擾導致無法選出最滿意解。 本求解方法可先利用變動方式（假設各種偏好）之權重法（Weighting Method）或變動其他目標下限值之 ɛ-限制法（ɛ-constraint Method）、多目標 簡捷法（Multi-objective Simples Method）以及非劣解估計法（Non-inferior Set Estimation Method）等求解，然後再依決策者偏好挑出最佳解。 4. 決策者逐漸提供偏好資訊（Progressive Articulation）︰ 此種求解方法為決策者對於規劃者提出目標之非劣解後，再提供其偏好 資訊，而規劃者再根據其提供之資訊進行模式的修正以及再求解，直到得出 決策者最滿意之妥協解為止，因此又稱互動法 (Inter-reactive Method) 或交 談式多目標規劃法。此法之優點為決策者不需要提供事先的完整偏好資訊， 同時也能參與實際決策並表達偏好，亦因決策者的參與，而有助於決策的執 行；缺點部分，則為決策者無法保證在每個求解過程中提供正確的部分偏好 資訊，同時也無法保證在一定次數的反覆過程後求得一最滿意解。 本求解方法又可依決策者在互動過程中所提供資訊型態是否為明確 （Explicit）或隱含（Implicit）而分為明確式資訊權衡（Explicit Trade-off） 及隱含式資訊權衡（Implicit Trade-off）兩種型態（Hwang，1979）。而明確 式資訊權衡較具代表性的方法為季歐夫林法 (Method of Geoffrion)；隱含式 資訊權衡則為逐步法（STEM and Related Method）為代表性。

28 多目標規劃求解方法，本研究即依依決策者提供偏好資訊之差異，將其求解 法分為四類，並整理各類之常見求解法︰ 表 2-7 多目標規劃求解法分類 類別 常見之求解法 決策者無提供偏好資訊 (No Articulation)  ɛ-限制法（ɛ-constraint Method）

 整體準則法（Global Criterion Method）  最小誤差法（Minimum Deviation Method）  多 目 標 單 形 法 （ Multi-objective Simplex

Method）

決策者事先提供偏好資訊 （Prior Articulation）

基數資訊 (Cardinal Information) ：  效用函數法 (Utility Function Method)  限制目標法 (Bounded Objective Method) 混合資訊 (Ordinal and Cardinal Information) ：  字典式排序法 (Lexicographic Method)  目標規劃法 (Goal Programming)  目標達成法 (Goal Attainment Method)

決策者事後提供偏好資訊 （Posterior Articulation）

 權重法（Weighting Method）  ɛ-限制法（ɛ-constraint Method）

 多目標簡捷法（Multi-objective Simples Method）  非 劣 解 估 計 法 （ Non-inferior Set Estimation

Method） 決策者逐漸提供偏好資訊

（Progressive Articulation）

 季歐夫林法 (Method of Geoffrion)  逐步法（STEM and Related Method）

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2.3.4 多目標規劃文獻回顧

多目標線性規劃問題先前已有許多研究。其目標之間由於存在著衝突，因此 某個解雖然在某目標為最佳，但也可能無法滿足其他目標，無法同時達到最佳化。 因此 Pareto 在 1986 年提出多目標的非支配解 (Non-dominated solution) 的概念， 亦即效率前緣解，又稱柏拉圖最適。例如馮正民等人 (1989) 在考慮交通運輸與 資源利用兩互相衝突的目標之間下，導入季歐夫林求解法於其多目標整合模式 (Method of Geoffrion)，與決策者反覆交換偏好資訊，求得總交通旅行成本最小、 土地總開發成本最小以及總能源消耗最小的妥協解。 隨著多目標規劃法的演進，為了克服現實問題中之不確定性，模糊理論 (fuzzy) 之應用也隨之盛行，以處理具模糊特性的多目標規劃問題。因而發展出 模糊多目標線性規劃 (Fuzzy Multi-Objective Linear Programming，FMOLP)。如 隸屬函數 (membership function) 的發展則提供決策者在過程中較為彈性的規劃。 而因應不確定性的資訊來源，又有模糊的目標函數、模糊限制式等形式之模式。 例如 Lai and Hwang (1992) 應用估計模糊係數的隸屬函數 (membership function) 以及α截集 (α-cut) 來處理目標函數及限制式的係數具模糊性質的多目標線性 規劃，總利潤可能值之極大化、最低利潤風險的極小化以及最高利潤可能性的極 大化之目標。Liang (2010) 於其研究中發展一套模糊多目標專案管理(PM)決策問 題，所建構的模式主在追求專案總成本、總完工時間及總趕工成本三個模糊極小 化目標，以求解有效率的方案。 另外，應用在環保議題方面，Anderson 等人（2005）利用多目標規劃配合 遺傳演算法（MOGA）對一廢棄物焚燒廠進行三方目標的評估，分別為最大限度 地提高焚燒量，同時優化經濟和環境之目標，它納入了遺傳演算法使得這三方衝 突目標得以達到柏拉圖最佳解。鄭志強等人 (2004) 則提出一多目標核能廢料 運送路線選擇模式，藉以處理放射性核能廢料之運送包含之潛在競爭目標的權衡 （Trade Off），其應用模糊多目標的觀念，並利用遺傳演算法來達到風險極小化、 運送成本極小化以及民眾抗拒程度極小化。 而在考慮應用在執行預算分配方面，葉康洋（2009）以多目標數學規劃模式， 並結合投資組合理論，就各類別軍事投資建案進行審核，再進行國防預算配置規 劃作業。目的為在國防預算獲得風險最小情況下，尋求作戰效益與後勤可擔負性 能力最大之投資建案組合方案；而 Wise and Perushek（2000）在其圖書館收藏資 源分配模式下，利用多目標規劃模式在有限總預算下維持館藏成長量、各學科出 版量比例平均分配以及專款最小和最大的限制。林小萍 (1999) 則利用 AHP 與 整合專家意見提出整體權重，以克服現行中小企業預算分配之缺失。Kuchta (2000) 則提出模糊等式評估，其模糊等式允許現金流量和專案期間可為模糊數，以解決